直升機(jī)是以航空發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)作為升力和推進(jìn)力來源,能在大氣中垂直起落及懸停并能進(jìn)行前、后飛、定點(diǎn)回轉(zhuǎn)等可控飛行的重于空氣的航空器。
直升機(jī)主要由機(jī)體和升力(含旋翼和尾槳)、動(dòng)力、傳動(dòng)三大系統(tǒng)以及機(jī)載飛行設(shè)備等組成。旋翼一般由渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)或活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)通過由傳動(dòng)軸及減速器等組成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng),也可由槳尖噴氣產(chǎn)生的反作用力來驅(qū)動(dòng)。目前實(shí)際應(yīng)用的是機(jī)械驅(qū)動(dòng)式的單旋翼直升機(jī)及雙旋翼直升機(jī),其中又以單旋翼直升機(jī)數(shù)量最多。
直升機(jī)的最大速度可達(dá)300km/h以上,俯沖極限速度近400km/h,使用升限可達(dá)6000m(世界紀(jì)錄為12450m),一般航程可達(dá)600~800km左右。攜帶機(jī)內(nèi)、外副油箱轉(zhuǎn)場(chǎng)航程可達(dá)2000km以上。根據(jù)不同的需要直升機(jī)有不同的起飛重量。當(dāng)前世界上投入使用的重型直升機(jī)最大的是俄羅斯的米-26(最大起飛重量達(dá)56t,有效載荷20t)。
直升機(jī)的突出特點(diǎn)是可以做低空(離地面數(shù)米)、低速(從懸停開始)和機(jī)頭方向不變的機(jī)動(dòng)飛行,特別是可在小面積場(chǎng)地垂直起降。由于這些特點(diǎn)使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景。在軍用方面已廣泛應(yīng)用于對(duì)地攻擊、機(jī)降登陸、武器運(yùn)送、后勤支援、戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)、偵察巡邏、指揮控制、通信聯(lián)絡(luò)、反潛掃雷、電子對(duì)抗等。在民用方面應(yīng)用于短途運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、救災(zāi)救生、緊急營救、吊裝設(shè)備、地質(zhì)勘探、護(hù)林滅火、空中攝影等。海上油井與基地間的人員及物資運(yùn)輸是民用的一個(gè)重要方面。
目前直升機(jī)相對(duì)飛機(jī)而言,振動(dòng)和噪聲水平較高、維護(hù)檢修工作量較大、使用成本較高,速度較低,航程較短。直升機(jī)今后的發(fā)展方向就是在這些方面加以改進(jìn)。
2. 直升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型
按直升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型,直升機(jī)可分為單旋翼直升機(jī)、雙旋翼直升機(jī)兩種
2.1 單旋翼直升機(jī)
僅由一副旋翼產(chǎn)生升力的直升機(jī)。旋翼分機(jī)械驅(qū)動(dòng)式和槳尖噴氣驅(qū)動(dòng)式兩種。機(jī)械驅(qū)動(dòng)式單旋翼直升機(jī)由于構(gòu)造簡單和傳動(dòng)效率高,而應(yīng)用最為廣泛。這種型式的直升機(jī)為了平衡旋翼反扭矩及進(jìn)行航向操縱往往在尾梁末端安裝有一副尾槳,產(chǎn)生側(cè)向力,稱為帶尾槳單旋翼直升機(jī)。對(duì)于輕型單旋翼直升機(jī),可把尾槳安裝在尾梁末端的涵道內(nèi),這種尾槳稱為涵道風(fēng)扇尾槳。20世紀(jì)80年代提出了另外一種平衡旋翼反扭矩及進(jìn)行航向操縱的方法,它根本不需要尾槳來產(chǎn)生側(cè)向力。采用這種方式的單旋翼直升機(jī)稱為無尾槳單旋翼直升機(jī)。
2.2 雙旋翼直升機(jī)
用兩副機(jī)械驅(qū)動(dòng)式旋翼產(chǎn)生升力的直升機(jī)。兩副旋翼尺寸相同而旋轉(zhuǎn)方向相反,其反扭矩互相平衡,因而不需要安裝尾槳。這種形式又可分為共軸式雙旋翼直升機(jī)、縱列式雙旋翼直升機(jī)、橫列式雙旋翼直升機(jī)及交叉式雙旋翼直升機(jī)(簡稱共軸式、縱列式、橫列式及交叉式直升機(jī))。共軸式直升機(jī)的兩副旋翼以一定間距沿同一旋轉(zhuǎn)軸線上下排列,反向旋轉(zhuǎn)。這種形式結(jié)構(gòu)緊湊,外部尺寸小,但操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜,一般用于中、輕型直升機(jī)。縱列式直升機(jī)的兩副旋翼沿機(jī)體縱軸前后排列。這種形式的機(jī)身容積大,容許重心有較大范圍的移動(dòng),適用于重型運(yùn)輸直升機(jī)。橫列式直升機(jī)的兩副旋翼沿機(jī)體橫軸左右排列,旋翼通過構(gòu)架或輔助機(jī)翼支撐在機(jī)身上。這種形式的平衡特性較好,但迎面氣動(dòng)阻力較大。交叉式直升機(jī)的兩副旋翼也是左右排列,但兩旋翼軸呈“V”形,兩副旋翼交叉嚙合,是介于共軸式與橫列式間的一種中間形式。目前實(shí)際應(yīng)用并進(jìn)行批生產(chǎn)的是共軸式及縱列式雙旋翼直升機(jī)。
直升機(jī)特有的操縱系統(tǒng)
3.1 總距操縱桿(collective(pitch) controller,collective(pitch)lever)
簡稱總距桿。用來控制旋翼槳葉總距變化的座艙操縱桿??偩嗖倏v桿一般布置在駕駛員座位的左側(cè),繞支座軸線上、下轉(zhuǎn)動(dòng)。駕駛員左手上提桿時(shí),使自動(dòng)傾斜器上升而增大旋翼槳葉總距(即各片槳葉槳距同時(shí)增大相同的角度)使旋翼拉力增大,反之拉力減小,由此來控制直升機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)。這是直升機(jī)特有的一種操縱機(jī)構(gòu)。通常在總距操縱桿的手柄上設(shè)置旋轉(zhuǎn)式油門操縱機(jī)構(gòu),用來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的大小,以便使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與旋翼槳葉總距變化后的旋翼需用功率相適應(yīng)。因此,又稱其為總距油門桿。隨著電傳、光傳操縱技術(shù)的發(fā)展,座艙操縱機(jī)構(gòu)也在向新型側(cè)桿操縱方式發(fā)展,總距操縱桿將有可能與周期變距操縱桿合并成一個(gè)很簡單的側(cè)置操縱桿。
3.2 周期變距操縱桿(cyclic(pitch)controller,cyclic(pitch)lever)
簡稱駕駛桿。與固定翼飛機(jī)的駕駛桿相似,通過操縱線系與自動(dòng)傾斜器相連接的直升機(jī)駕駛桿。一般位于駕駛員座椅的中央前方。駕駛員前、后(或左、右)操縱周期變距操縱桿,使傾斜盤相應(yīng)的前、后(或左、右)傾斜,從而使槳葉的槳距作每轉(zhuǎn)一次的周期改變,造成旋翼拉力矢量按相應(yīng)的方向傾斜,達(dá)到控制直升機(jī)的前、后(或左、右)和俯仰(或橫滾)運(yùn)動(dòng)。周期變距操縱桿在結(jié)構(gòu)上必須保證縱向、橫向操縱的獨(dú)立性。在周期變距操縱桿上,還可根據(jù)不同的要求,裝設(shè)各種開關(guān)、按鈕和把手。
隨著電傳、光傳操縱技術(shù)的發(fā)展,座艙操縱機(jī)構(gòu)也在向新型側(cè)桿操縱方式發(fā)展,即手操縱桿從駕駛員座位的中央前方移至座位的右側(cè),并有可能與總距操縱桿和腳蹬合而為一。其可能的形式有:四軸型(俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向和升降四種操縱合而為一);3(俯仰、滾轉(zhuǎn)和升降)+1(航向)腳蹬型;3(俯仰、滾轉(zhuǎn)和航向)+1(升降)總距型;2(俯仰和滾轉(zhuǎn))+1(升降)總距+1(航向)腳蹬型四種。
3.3 自動(dòng)傾斜器(swash plate)
又稱傾斜盤。把直升機(jī)總距桿和周期變距桿的操縱位移,分別轉(zhuǎn)換成旋翼槳葉的總距操縱和周期變距操縱的主要操縱機(jī)構(gòu)。它是直升機(jī)操縱系統(tǒng)特有的復(fù)雜而重要的構(gòu)件。
自動(dòng)傾斜器發(fā)明于1911年,由于其出現(xiàn)使直升機(jī)的復(fù)雜操縱得以實(shí)現(xiàn),現(xiàn)已在所有直升機(jī)上應(yīng)用。其構(gòu)造形式雖有多種,但工作原理基本相同。一般由與操縱線系相連的不旋轉(zhuǎn)件和與槳葉變距拉桿相連的旋轉(zhuǎn)件組成。不旋轉(zhuǎn)件通過徑向止推軸承與旋轉(zhuǎn)件相連。由操縱線系輸入的操縱量,經(jīng)過不旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)件的上下移動(dòng)和傾斜運(yùn)動(dòng),再由旋轉(zhuǎn)件通過與槳葉變距搖臂相連的槳葉變距拉桿去改變槳葉槳距,使旋翼拉力的大小和方向改變,從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的飛行操縱。傾斜盤旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)由與旋翼槳轂相連的扭力臂帶動(dòng)。傾斜盤在結(jié)構(gòu)上要保證縱向、橫向和總距操縱的獨(dú)立性。
自動(dòng)傾斜器常見的構(gòu)造形式有兩種:(1)環(huán)式自動(dòng)傾斜器;(2)蜘蛛式自動(dòng)傾斜器。前者使用最廣泛。